Python实现BLAST算法:打分函数优化与代码解析

橘子海
橘子海
发布时间:2026-10-13| 3人浏览过
原创

本文介绍使用Python实现BLAST(基本局部比对搜索工具)的过程。重点更新了打分函数,将空位罚分统一设为-5,不再区分gap open和gap extend。文章对比了Python与Java在字符串处理上的差异,展示了Python代码的简洁性,并提供了完整的Python实现代码及运行结果分析,旨在帮助学习者理解BLAST算法原理及Python在生物信息学中的应用。

近期在自学Python的过程中,尝试使用Python重新实现了BLAST算法。

此次实现中对打分函数进行了更新,具体调整为:空位罚分统一设为-5,且不再区分gap open(空位开启)和gap extend(空位延伸)的罚分差异。

''''' 
@author: JiuYu 
''' 
 
def score(a,b):#scoring function 
  score=0 
  lst=['AC','GT','CA','TG'] 
  if a==b: 
    score +=2 
  elif a+b in lst: 
    score += -5 
  else: 
    score += -7 
  return score 
 
def BLAST(seq1,seq2):#Basic Local Alignment Search Tool 
  l1 = len(seq1) 
  l2 = len(seq2) 
  GAP =-5   #-5 for any gap 
  scores =[] 
  point =[] 
   
  for j in range(l2+1): 
    if j == 0: 
      line1=[0] 
      line2=[0] 
      for i in range(1,l1+1): 
        line1.append(GAP*i) 
        line2.append(2) 
    else: 
      line1=[] 
      line2=[] 
      line1.append(GAP*j) 
      line2.append(3) 
    scores.append(line1) 
    point.append(line2) 
   
  #fill the blank of scores and point 
  for j in range(1,l2+1): 
    letter2 = seq2[j-1] 
    for i in range(1,l1+1): 
      letter1 = seq1[i-1] 
      diagonal_score = score(letter1, letter2) + scores[j-1][i-1] 
      left_score = GAP + scores[j][i-1] 
      up_score = GAP + scores[j-1][i] 
      max_score = max(diagonal_score, left_score, up_score) 
      scores[j].append(max_score) 
       
      if scores[j][i] == diagonal_score: 
        point[j].append(1) 
      elif scores[j][i] == left_score: 
        point[j].append(2) 
      else: 
        point[j].append(3) 
         
  #trace back 
  alignment1='' 
  alignment2='' 
  i = l2 
  j = l1 
  print 'scores =',scores[i][j] 
  while True: 
    if point[i][j] == 0: 
      break 
    elif point[i][j] == 1: 
      alignment1 += seq1[j-1] 
      alignment2 += seq2[i-1] 
      i -= 1 
      j -= 1 
    elif point[i][j] == 2: 
      alignment1 += seq1[j-1] 
      alignment2 += '-' 
      j -= 1 
    else: 
      alignment1 += '-' 
      alignment2 += seq2[i-1] 
      i -= 1 
       
  #reverse alignment 
  alignment1 = alignment1[::-1] 
  alignment2 = alignment2[::-1] 
  print 'The best alignment:' 
  print alignment1 
  print alignment2 
 
seq1=raw_input('Please input your first sequences:\n') 
seq2=raw_input('input second sequences:\n') 
BLAST(seq1, seq2) 

以下是算法运行后的输出结果展示。

可以看出,Python在字符串处理方面具有显著优势,语言设计更为简洁优雅。例如,在最终逆序输出比对结果(alignment)时,Java需要单独编写逆序函数,而Python仅需一条语句即可实现相同功能。

以上内容即为本文的全部介绍,希望能对各位的学习有所帮助,同时也欢迎大家继续支持本站。

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